臺灣博碩士論文加值系統

隨著驅動技術及光電效應科技的日新月異，輕薄可攜帶式的液晶顯示器已廣泛地使用在通訊、電腦和消費性電子產品上，而成為資訊時代人們訊息傳遞與溝通之重要界面，因此相關產品上的各種光學特性之檢測就顯得相當重要。而目前業界對於LCM光學特性檢測，主要是使用BM7做光學特性檢測，其缺點為相當耗時、費力，因必須歷經一連串反覆與冗長的操作程序才能獲得產品光學特性檢測的數據。故本研究擬採用LabVIEW軟體透過PCI-7344馬達運動控制卡與UMI-7764馬達運動介面盒的接合，撰寫馬達運動定位程式，再搭配彩色CCD與PCI-1411影像擷取卡，撰寫檢測LCM 光學特性之色相、色飽和度、垂直視角與水平視角之輝度及對比、均一性、亮/暗點/mura瑕疵等程式，來達到簡化檢測系統操作程序，並配合檢測機構的設計，來完成整合開發出應用於TFT-LCD之LCM光學特性檢測系統。因此本系統將可縮短人員訓練及檢測時間，並可依檢測之數據結果加以分級，再藉由統計分析，將所得資料回饋至生產線以修正機器參數，達到產能及產品質良率提升之目的。

The measurement of optical properties of an LCD screen has become more and more important with the wide spread use of LCD displays on portable information devices. BM7 is the conventional instrument system for measuring LCM properties. However, operating a BM7 system is time-consuming and needs complicated processes to obtain measurement data. Consequently, in this thesis, we developed an integrated measurement platform of TFT-LCD display module that is capable of analyzing optical properties such as hue, chromaticity, luminance, contrast ratio, uniformity, and mura in our experimental setup. The platform consists of LabView, PCI-7344 motor control card, UMI motor interface card, CCD and PCI 1411 image capture card, and self-developed driver control software. With the aid for developed system in this research, not only the training time of system operators but also the measurement time can be remarkably reduced. In addition, LCM can be categorized based on the measurement data. Furthermore, the system can feed the data back to modify the parameter settings of LCM production line； it can improve the yield rate of the manufacturing system.

目錄
頁次
摘要-І
Abstract-II
誌謝-Ⅳ
目錄-V
表目錄-VIII
圖目錄-Ⅸ

第1章 緒論-1
1.1 前言-1
1.2 研究動機與方法-1
1.3 文獻回顧-2
1.3.1 LCM顯示器-2
1.3.2 TFT-LCD檢測機構-3
1.3.3 CCD攝影機與機台之控制規劃-4
1.3.4 LCD色彩與瑕疵檢測-5
1.3.5 LabVIEW軟體之應用-5
1.4 論文架構-6
第2章 LCM的結構-9
2.1 LCM（Liquid-Crystal Module）結構簡介-9
2.2 LCM（Liquid-Crystal Module）顯示原理-11
2.2.1 LCM的彩色顯示原理-11
2.2.2 LCM種類-12
2.3 結語-15
第3章 LCM色彩理論及光學特性評價-16
3.1 色彩的來源-16
3.1.1 人眼視覺-17
3.1.2 CIE色座標（CIE Chromaticity Coordinates）-18
3.1.3 色彩的三屬性-22
3.1.4 RGB基礎的色彩空間-22
3.1.5 LCM顯示器混色法-24
3.1.6 灰色空間（Gray Spaces)-25
3.2 LCM光學特性評價-25
3.2.1 色度之檢測-25
3.2.2 瑕疵之檢測-27
3.2.3 垂直與水平視角之輝度檢測-27
3.2.4 垂直與水平視角之對比檢測-28
3.2.5 均一性之檢測-28
3.3 結語 -29
第4章 LCM光學特性檢測系統的開發設計-30
4.1硬體架構設計-30
4.1.1 L型升降裝置-31
4.1.2 傳動裝置-32
4.1.3 影像擷取機構-33
4.1.4 XY平台（XY Table）定位機構-33
4.1.5 LCM檢測平台旋轉裝置-33
4.1.6 取像元件-34
4.1.7 主電腦-36
4.1.8 定位元件-36
4.1.9 暗房-41
4.2 軟體架構-41
4.2.1 馬達定位驅動設計-41
4.2.2 光學特性檢測設計-45
4.3 結語-83
第5章 結果與討論-85
5.1 馬達定位路徑模擬與驗證-85
5.1.1 模擬-85
5.1.2 驗證-86
5.2 LCM光學特性檢測系統的檢測結果-87
5.2.1 影像擷取顯示-88
5.2.2 垂直視角與水平視角之輝度及對比檢測-91
5.2.3 32bit轉換成8bit的影像顯示-95
5.2.4 色彩及瑕疵檢測-97
5.3 結語-108
第6章 結論-110
6.1 本文貢獻-110
6.2 未來研究及發展方向-113
參考文獻-115
附錄一、 LabVIEW軟體簡介-118
附錄二、 競賽海報與獎狀-121
作者簡介-123



表 目 錄
表3-1 紫外線、可見光與紅外線波長-17
表3-2 可見光之各色光的波長-18
表3-3 色彩三屬性比較-22
表4-1 顏色擷取型式-48
表6-1 垂直視角與水平視角之輝度值及對比值-112
表6-2 檢測結果-112



圖目錄
圖1-1 均一性檢測13點定位示意圖-2
圖1-2 TFT-LCD檢測台架構示意圖-3
圖1-3 系統設計圖-4
圖2-1 筆記型電腦之LCM示意圖-9
圖2-2 直下式液晶TV之LCM示意圖-10
圖2-3 小尺寸顯示器之LCM示意圖-10
圖2-4 扭轉陣列型液晶顯示器工作原理-11
圖2-5 偏振光與偏振光的互動原理圖-12
圖2-6 穿透式LCM顯示器工作原理示意圖-13
圖2-7 反射式液晶顯示器示意圖-14
圖2-8 透反式液晶顯示器示意圖-15
圖3-1 經三陵鏡折射後的有色光譜-16
圖3-2 經三陵鏡折射後的輻射能頻-17
圖3-3 CIERGB色彩配色函數圖-19
圖3-4 CIEXYZ色彩配色函數圖-19
圖3-5 CIE 1931色度圖-21
圖3-6 色彩空間範例-23
圖3-7 加色法-23
圖3-8 加色法之混色原理-24
圖3-9 LCM空間混色-25
圖3-10 灰色空間範例-25
圖3-11 LCM紅、藍、綠、白色度值之檢測結果示意-26
圖3-12 LCM之色域範圍示意-26
圖3-13 LCM之視角檢測示意圖-27
圖3-14 LCM網格化之參考-28
圖4-1 系統控制流程圖-30
圖4-2 硬體架構設計圖-31
圖4-3 LCM光學特性檢測規範示意圖-32
圖4-4 傳動裝置內部機構圖-32
圖4-5 LCM檢測平台旋轉裝置內部機構圖-33
圖4-6 PCI-1411影像擷取卡（Image acquisition card)-34
圖4-7 固態攝影機（CCD Camera)-35
圖4-8 鏡頭-36
圖4-9 PCI-7344馬達運動控制卡-37
圖4-10 馬達運動控制介面盒 -38
圖4-11 0.1度/步動馬達-38
圖4-12 0.72度/步動馬達-39
圖4-13 馬達驅動器-40
圖4-14 為標準的步進系統（開迴路）-40
圖4-15 步進馬達內部結構圖 -40
圖4-16 主程式人機介面圖 -42
圖4-17 系統控制程序方塊圖 -42
圖4-18 主程式之程式方塊-43
圖4-19 光學特性檢測子程式的設計流程圖-46
圖4-20 影像擷取程式之人機介面-47
圖4-21 影像擷取程式方塊流程-47
圖4-22 人眼感應光源或被照面之明亮程度關係圖 -48
圖4-23 感應晶片感應光源或被照面之明亮程度關係圖-49
圖4-24 視角輝度程式-49
圖4-25 視角輝度檢測程式方塊流程-50
圖4-26 為對話框使用之顯示 -51
圖4-27 為程式執行時LCM畫面的切替告知顯示-51
圖4-28 對比換算程式方塊流程-52
圖4-29 視角對比檢測程式方塊流程-52
圖4-30 單一化視角檢測程式撰寫流程圖-53
圖4-31 單一化視角檢測人機介面-53
圖4-32 單一化視角檢測程式方塊圖-54
圖4-33 32bit彩色影像轉換成8bit彩色影像之人機介面-55
圖4-34 32bit彩色影像轉換成8bit彩色影像程式方塊流程-55
圖4-35 32bit轉8bit彩色影像設定程式方塊流程 -56
圖4-36 資料傳輸通道示意圖 -56
圖4-37 通道切換功能在Ture時的程式方塊流程 -57
圖4-38 通道切換功能在Flase時的程式方塊流程 -57
圖4-39 色相程式 -58
圖4-40 檢測色相人機介面-58
圖4-41 色相檢測程式方塊流程-59
圖4-42 色相值轉換為色座標程式-60
圖4-43 色飽和度人機介面-61
圖4-44 色飽和度程式方塊流程-62
圖4-45 均一性檢測畫面網格化示意圖-63
圖4-46 畫面網格化程式方塊流程-63
圖4-47 格點輝度值與色飽和度值之程式方塊流程 -64
圖4-48 求出輝度及色飽和度均一值之程式方塊流程-64
圖4-49 Table程式方塊流程圖-65
圖4-50 為均一性人機介面圖 -65
圖4-51 均一性檢測程式方塊流程圖-66
圖4-52 亮/暗點/mura瑕疵檢測程式流程圖-67
圖4-53 線性灰階轉換函數-68
圖4-54 灰階處理程式方塊流程-68
圖4-55 平滑處理矩陣形式-69
圖4-56 影像平滑處理程式方塊流程-69
圖4-57 高通濾波矩陣形式-70
圖4-58 高通濾波處理程式方塊流程-70
圖4-59 二值化程式方塊流程 -71
圖4-60 拉普拉辛空間遮罩值之一-72
圖4-61 拉普拉辛空間遮罩值之二-72
圖4-62 拉普拉辛空間遮罩值之三-73
圖4-63 邊緣強化程式方塊流程-73
圖4-64 亮暗點及mura瑕疵輪廓矩陣形式-74
圖4-65 擷取瑕疵輪廓並計算數量程式方塊流程-74
圖4-66 擷取瑕疵輪廓並計算面積程式方塊流程-75
圖4-67 擷取瑕疵輪廓並總面積計算程式方塊流程 -76
圖4-68 為分級燈號Case在True時的程式方塊流程-76
圖4-69 為分級燈號Case在False時的程式方塊流程-77
圖4-70 順序物件資料控制器為0所執行的程式方塊流程-77
圖4-71 順序物件資料控制器為1所執行的程式方塊流程-78
圖4-72 順序物件資料控制器為2所執行的程式方塊流程-78
圖4-73 為亮/暗點/mura瑕疵檢測人機介面-78
圖4-74 亮/暗點/mura瑕疵檢測程式方塊流程-79
圖4-75 單一化色彩檢測程式撰寫流程圖-80
圖4-76 為順序物件資料控制器為0所執行的程式方塊流程-80
圖4-77 為順序物件資料控制器為1所執行的程式方塊流程-80
圖4-78 為順序物件資料控制器為2所執行的程式方塊流程-81
圖4-79 光學特性檢測子程式整合流程圖-81
圖4-80 整合後光學特性檢測在視角檢測區人機介面圖-82
圖4-81 整合後光學特性檢測在色彩檢測區人機介面圖-82
圖4-82 整合後光學特性檢測程式方塊流程圖-83
圖5-1 X方向傳動軸移動至LCM畫面之定位圖-86
圖5-2 Y方向傳動軸移動至LCM畫面中心之定位圖 -86
圖5-3 雷射光筆定位到LCM畫面圖-87
圖5-4 雷射光筆定位到LCM畫面圖-87
圖5-5 光學特性檢測程式區塊示意圖-88
圖5-6 彩色CCD所拍攝到的W畫面影像-89
圖5-7 彩色CCD所拍攝到的R畫面影像-89
圖5-8 彩色CCD所拍攝到的G畫面影像-90
圖5-9 彩色CCD所拍攝到的B畫面影像-90
圖5-10 機台視角檢測示意圖 -91
圖5-11 垂直視角與水平視角之輝度及對比擷取值 -92
圖5-12 垂直視角與水平視角之輝度及對比Excel報表-92
圖5-13 垂直視角與輝度之關係圖-93
圖5-14 水平視角與輝度之關係圖-93
圖5-15 垂直視角與對比之關係圖-94
圖5-16 水平視角與對比之關係圖-94
圖5-17 32bit轉8bit的W畫面影像-95
圖5-18 32bit轉8bit的R畫面影像-96
圖5-19 32bit轉8bit的G畫面影像-96
圖5-20 32bit轉8bit的B畫面影像-97
圖5-21 W畫面下的色相RGB值-98
圖5-22 R畫面下的色相RGB值-98
圖5-23 G畫面下的色相RGB值-99
圖5-24 B畫面下的色相RGB值-99
圖5-25 W畫面下的色座標值-100
圖5-26 R畫面下的色座標值-101
圖5-27 G畫面下的色座標值-101
圖5-28 B畫面下的色座標值-102
圖5-29 W畫面下的均一值及格點輝度值與色座標值-103
圖5-30 R畫面下的均一值及格點輝度值與色座標值-103
圖5-31 G畫面下的均一值及格點輝度值與色座標值-104
圖5-32 B畫面下的均一值及格點輝度值與色座標值-104
圖5-33 灰階處理-105
圖5-34 影像平滑處理-105
圖5-35 高通濾波處理-106
圖5-36 二值化處理-106
圖5-37 邊緣強化-107
圖5-38 擷取亮、暗點及mura瑕疵輪廓-107
圖5-39 算出亮、暗點及mura瑕疵的面積-108
圖5-40 瑕疵檢測結果人機-108
附圖1-1 前置面板-119
附圖1-2 程式方塊圖-120
附圖2-1 2004年影像顯示創意競賽海報 -121
附圖2-2 2004年影像顯示創意競賽獲獎獎狀-122

參考文獻

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